JP2005051954A - Ｓｒモータの駆動装置とその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の位置を検出する位置検出センサを用いないセンサレス制御が可能なＳＲモータの駆動装置を提供する。
【解決手段】ファジー推論回路３０は、有効励磁相選択回路２４からの選択相信号、相電流値と、磁束鎖交数演算回路２８からの磁束鎖交数に基づいて、回転子１４の回転位置をファジー推論するものであり、そのファジー推論は、相電流のメンバーシップ関数のファジー集合情報と、磁束鎖交数のメンバーシップ関数のファジー集合情報と、相電流と磁束鎖交数から回転子の位置を推定するファジールールに関する情報を記憶し、入力した相電流値と記憶している相電流ファジー集合情報とからグレードを求め、入力した磁束鎖交数と記憶している磁束鎖交数ファジー集合情報とからグレードを求め、これら求めた相電流と磁束鎖交数に関するグレードとファジールール情報とから、選択相信号で表されている有効励磁相における回転子の位置をファジー推論する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＳＲモータ（スイッチドリラクタンスモータ）の駆動装置とその方法に関するものである。

従来より、ＳＲモータの駆動装置としては、直流電流を三相電流に変換しモータに供給するインバータ回路と、モータの回転子の位置角度を検出する位置検出センサと、位置検出センサから出力される回転子の位置信号に基づきインバータ回路にＰＷＭ信号を出力する通電信号出力回路を備えたものが提案されている（特許文献１、特許文献２）。
特開平９−６５６８５号公報 特開２００１−２９２５９２公報

上記の位置検出センサとしては、エンコーダや磁気センサなどの光学式または磁気式の位置検出センサが用いられている。

ところが、この位置検出センサを取り付けるとＳＲモータのシステムが大型化し、振動等による信頼性の低下や高価格化などの問題点が生じる。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、回転子の位置を検出する位置検出センサを用いないセンサレス制御が可能なＳＲモータの駆動装置を提供する。

請求項１に係る発明は、直流電流を三相の各相電流に変換して三相の各固定子巻線にそれぞれ供給するインバータ回路と、回転子の位置信号に基づいてＰＷＭ信号を生成して、前記インバータ回路へそのＰＷＭ信号を出力する通電信号出力回路とを有するＳＲモータの駆動装置において、前記インバータ回路から出力される各相の相電流値を検出し、かつ、前記回転子の位置信号に基づいて有効励磁相を選択して、前記選択した相の相電流値と前記選択した有効励磁相を表す選択相信号を出力する有効励磁相選択手段と、前記通電信号出力回路から出力されるＰＷＭ信号のデューティーを表すデューティー信号に基づいて相電圧値を演算する相電圧演算手段と、前記相電圧演算手段からの相電圧値と、前記有効励磁相選択手段からの選択相信号と相電流値に基づいて磁束鎖交数を演算する磁束鎖交数演算手段と、前記有効励磁相選択手段からの選択相信号、相電流値と、磁束鎖交数演算手段からの磁束鎖交数に基づいて、前記回転子の回転位置をファジー推論して、その推論した前記回転子の位置信号を前記通電信号出力回路と前記有効励磁相選択手段へ出力するファジー推論手段と、を有することを特徴とするＳＲモータの駆動装置である。

請求項２に係る発明は、前記ファジー推論手段は、相電流のメンバーシップ関数から構成されるファジー集合に関する相電流ファジー集合情報と、磁束鎖交数のメンバーシップ関数から構成されるファジー集合に関する磁束鎖交数ファジー集合情報と、相電流と磁束鎖交数から前記回転子の位置を推定するファジールールに関するファジールール情報を記憶する記憶手段を有し、前記入力した相電流値と前記記憶手段に記憶している相電流ファジー集合情報とから相電流に関するグレードを求め、前記入力した磁束鎖交数と前記記憶手段に記憶している磁束鎖交数ファジー集合情報とから磁束鎖交数に関するグレードを求め、これら求めた相電流に関するグレードと磁束鎖交数に関するグレードとファジールール情報とから、前記選択相信号で表されている有効励磁相における前記回転子の回転位置をファジー推論することを特徴とする請求項１記載のＳＲモータの駆動装置である。

請求項３に係る発明は、前記回転子が始動位置で停止しているＳＲモータの始動時において、前記ファジー推論手段は、三相の中の第１の相の固定子巻線へ前記インバータ回路から試験的相電流を流し、前記第１の相に関する前記位置信号をファジー推論し、続いて三相の中の第１の相とは異なる第２の相の固定子巻線へ前記インバータ回路から試験的相電流を流し、前記第２の相に関する前記位置信号をファジー推論し、前記第１の相における位置信号と、前記第２の相における位置信号に基づいて前記回転子の始動位置を推定することを特徴とする請求項１記載のＳＲモータの駆動装置である。

請求項４に係る発明は、直流電流を三相の各相電流に変換して三相の各固定子巻線にそれぞれ供給するインバータ回路と、回転子の位置信号に基づいてＰＷＭ信号を生成して、前記インバータ回路へそのＰＷＭ信号を出力する通電信号出力回路とを有するＳＲモータの駆動方法において、前記インバータ回路から出力される各相の相電流値を検出し、かつ、前記回転子の位置信号に基づいて有効励磁相を選択して、前記選択した相の相電流値と前記選択した有効励磁相を表す選択相信号を出力する有効励磁相選択ステップと、前記通電信号出力回路から出力されるＰＷＭ信号のデューティーを表すデューティー信号に基づいて相電圧値を演算する相電圧演算ステップと、前記相電圧値と、前記選択相信号と前記相電流値に基づいて磁束鎖交数を演算する磁束鎖交数演算ステップと、前記選択相信号、前記相電流値と、前記磁束鎖交数に基づいて、前記回転子の回転位置をファジー推論して、その推論した前記回転子の位置信号を前記通電信号出力回路と前記有効励磁相選択手段へ出力するファジー推論ステップと、を有することを特徴とするＳＲモータの駆動方法である。

請求項５に係る発明は、直流電流を三相の各相電流に変換して三相の各固定子巻線にそれぞれ供給するインバータ回路と、回転子の位置信号に基づいてＰＷＭ信号を生成して、前記インバータ回路へそのＰＷＭ信号を出力する通電信号出力回路とを有するＳＲモータの駆動装置における駆動方法をコンピュータによって実現するプログラムであって、前記インバータ回路から出力される各相の相電流値を検出し、かつ、前記回転子の位置信号に基づいて有効励磁相を選択して、前記選択した相の相電流値と前記選択した有効励磁相を表す選択相信号を出力する有効励磁相選択機能と、前記通電信号出力回路から出力されるＰＷＭ信号のデューティーを表すデューティー信号に基づいて相電圧値を演算する相電圧演算機能と、前記相電圧値と、前記選択相信号と前記相電流値に基づいて磁束鎖交数を演算する磁束鎖交数演算機能と、前記選択相信号、前記相電流値と、前記磁束鎖交数に基づいて、前記回転子の回転位置をファジー推論して、その推論した前記回転子の位置信号を前記通電信号出力回路と前記有効励磁相選択手段へ出力するファジー推論機能と、を実現することを特徴とするＳＲモータの駆動方法のプログラムである。

請求項１に係る発明のＳＲモータの駆動装置においては、回転子の位置を検出する場合に、位置検出センサを用いずに、ファジー推論手段が、有効励磁相選択手段からの選択相信号、相電流値と、磁束鎖交数演算手段からの磁束鎖交数に基づいて、ファジー推論して、その推論した回転子の位置信号を通電信号出力回路と有効励磁相選択手段へ出力する。

請求項２に係る発明のＳＲモータの駆動装置においては、ファジー推論手段が位置信号を推論する場合に、入力した相電流値と記憶している相電流ファジー集合情報とから相電流に関するグレードを求め、入力した磁束鎖交数と記憶している磁束鎖交数ファジー集合とから磁束鎖交数に関するグレードを求め、これら求めた相電流に関するグレードと磁束鎖交数に関するグレードとファジールール情報に基づいて、選択相信号が示す選択相における回転子の位置をファジー推論する。

請求項３に係る発明のＳＲモータの駆動装置においては、回転子が始動位置で停止しているＳＲモータの始動時において、ファジー推論手段は、第１の相の固定子巻線へインバータ回路から試験的相電流を流し、第１の相に関する位置信号をファジー推論し、続いて、第２の相の固定子巻線へインバータ回路から試験的相電流を流し、第２の相に関する位置信号をファジー推論し、これら第１の相における位置信号と第２の相における位置信号に基づいて回転子の始動位置を推定する。

以上により本発明のＳＲモータの駆動装置であると、回転子が回転中であっても、また、始動時で停止中であっても、位置検出センサを用いることなく、回転子の位置を検出することができるためＳＲモータのセンサレス駆動が可能となる。

本発明の一実施形態のＳＲモータ（スイッチドリラクタンスモータ）１０の駆動装置１２について図に基づいて説明する。

（１）ＳＲモータ１０の原理
まず、本実施形態の特徴的な内容を説明する前に、ＳＲモータ１０の基本的な原理について、図７、８に基づいて説明する。

（１−１）ＳＲモータ１０の構造
図７に示すように、本実施形態のＳＲモータ１０は、リング状の固定子１２と、その内周側で回転する回転子１４とよりなる。固定子１２は、リング状のコアから突出する６つの固定子突極を有し、回転子１４は、外側に向かって突出した４つの回転子突極ａ，ｂ，ｃ，ｄを有するいわゆる三相式の６極ステータ×４極ロータ（６／４構成）である。

固定子１２の相対向する固定子突極にはＵ相の固定子巻線１６Ｕ、１６Ｕ’がそれぞれ巻回され、次の相対向する固定子突極にはＶ相の固定子巻線１６Ｖ、１６Ｖ’がそれぞれ巻回され、次の固定子突極にはＷ相の固定子巻線１６Ｗ、１６Ｗ’がそれぞれ巻回されている。

（１−１）ＳＲモータ１０の回転原理
図７に基づいて、ＳＲモータ１０の回転原理を説明する。

Ｕ相の固定子巻線１６Ｕ，１６Ｕ′に通電すると磁力が発生し、回転子１４の回転子突極ａはＵ相に吸引され、回転子突極ｃはＵ′相に吸引されて時計方向にトルクが発生する（図７の状態１参照）。

回転子１４の回転子突極ａと固定子１２のＵ相の固定子突極が完全に重なる位置になると（図７の状態２参照、これを固定子突極完全対向状態という）、磁気回路の磁気抵抗であるリラクタンスが最小になり、径方向の吸引力（ラジアル力）のみとなる。

ここで、Ｖ相の固定子突極とＶ′相の固定子突極の固定子巻線１６Ｖ，１６Ｖ′へ通電を切り換えると回転子１４の回転子突極ｄはＶ相の固定子突極に吸引されて時計方向に回転する。

さらに、回転子１４の回転子突極ｄと固定子１２のＶ相の固定子突極が重なった時（図７の状態３参照）、固定子１２の固定子突極Ｖ相とＷ相の固定子巻線１６Ｗ，１６Ｗ′へ通電を切り換えると回転子１４の回転子突極ａは固定子１２のＷ相の固定子突極に吸引されて時計方向に回転して行く。

このように、ＳＲモータ１０は、回転子１４の回転子突極が近付いてきた固定子１２の固定子突極の固定子巻線１６に通電を順次切り換えて行くことにより回転する。

（１−３）回転子１４の角度の定義
ここで、回転子１４の位置を示す角度について図８に基づいて説明する。図８は、例示としてＵ相における状態を示したものである。

図８（ａ）は、固定子１２の固定子突極と回転子１４の回転子突極が４５°ずれた状態の固定子突極完全非対向時におけるものであり、この場合をθ＝４５°とする。

図８（ｂ）は、上記で説明した状態２における固定子１２の固定子突極と回転子１４の回転子突極が完全に重なった状態であり、固定子突極完全対向時を示すものであり、この場合をθ＝９０°と定義する。

これにより、どの相の固定子巻線１６に相電流が流れているかの情報（すなわち、選択相）と、回転子の角度を得ることができれば、回転子の位置を検出することができる。なお以下の説明では、固定子巻線１６に流されて、回転子１４の回転子突極を吸引している相を「有効励磁相」という。

（２）ＳＲモータ１０の駆動装置１２
次に、本実施形態のＳＲモータ１０の駆動装置１２について、図１のブロック図に基づいて説明する。

駆動装置１２は、図１に示すように、インバータ回路１８、通電信号出力回路２０、直流電源２２、有効励磁相選択回路２４、相電圧演算回路２６、磁束鎖交数演算回路２８、ファジー推論回路３０とから構成されている。なお、有効励磁相選択回路２４、相電圧演算回路２６、磁束鎖交数演算回路２８、ファジー推論回路３０の各機能は、コンピュータ（例えば、マイコン）に記憶されたプログラムによって実現できる。

（２−１）インバータ回路１８
ＳＲモータ１０への通電を実現するためのインバータ回路１８の構成を図９の電気回路に示している。

このインバータ回路１８は、６個のスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６と、６個のダイオードＤ１〜Ｄ６によって構成され、通電信号出力回路２０からのＰＷＭ信号が各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６のベース端子に入力してＯＮ／ＯＦＦされ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の固定子巻線１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗへ相電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを流す。

インバータ回路１８へ直流電圧Ｖ_ＤＣを供給するために直流電源２２が設けられている。この直流電源２２としては、電池、充電池以外に、交流電源を平滑して整流して得られた直流電圧Ｖ_ＤＣを供給してもよい。

（２−２）通電信号出力回路２０
通電信号出力回路２０は、インバータ回路１８の各スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ６のベース端子に通電出力信号であるＰＷＭ信号を供給する。

通電信号出力回路２０は、ファジー推論回路３０により推論された回転子１４の位置に基づいて生成して、その生成したＰＷＭ信号を出力する。この通電信号出力回路２０におけるＰＷＭ制御の方法は、従来技術で説明した特許文献１や特許文献２に開示されている。また、その生成したＰＷＭ信号のデューティーを表すデューティー信号ｄを相電圧演算回路２６へ出力する。

（２−３）有効励磁相選択回路２４
有効励磁相選択回路２４は、まず、インバータ回路１８からＳＲモータ１０に供給される相電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを検出する。また、ファジー推論回路３０から有効励磁相に関する情報が入力する。

そして、有効励磁相選択回路２４は、入力している有効励磁相を示す選択相（例えば、Ｕ相）と、その相電流（例えば、Ｉ_Ｕ）を出力する。

（２−４）相電圧演算回路２６
相電圧演算回路２６は、直流電源２２から直流電圧Ｖ_ＤＣが供給されると共に、通電信号出力回路２０からＰＷＭ信号のデューティーを表すデューティー信号ｄが供給される。そして、この直流電源Ｖ_ＤＣとデューティー信号ｄから相電圧Ｖを演算する。

ここで、相電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗについて図９に基づいて説明する。

図９に示すように、Ｕ相の相電圧Ｖ_ＵはダイオードＤ２間の電圧を示し、Ｖ相の相電圧Ｖ_ＶはダイオードＤ４の間の電圧を示し、Ｗ相の相電圧Ｖ_ＷはダイオードＤ６間の電圧を示している。

この相電圧Ｖを求めるためには、（１）式のようになる。

Ｖ＝Ｖ_ＤＣ×ｄ−Ｖ_ＴＲ（ｉ）−Ｖ_Ｄ（ｉ） ・・・（１）

ここで、ｄはデューティーを示し、Ｖ_ＴＲはスイッチングトランジスタによる電圧降下分であってインバータ回路１８に流れる電流ｉに依存し、Ｖ_Ｄはダイオードによる電圧降下分であって電流ｉに依存する。

しかしながら、Ｖ_ＴＲ（ｉ）とＶ_Ｄ（ｉ）は十分に小さいため、相電圧Ｖは、

Ｖ＝Ｖ_ＤＣ×ｄ ・・・（２）式

と表現することができる。つまり、この相電圧Ｖは一相の固定子巻線１６に実際に印加される電圧の平均値となっている。

そして、相電圧演算回路２６は、上記で説明したように直流電源２２からのＶ_ＤＣと通電信号出力回路２０からのデューティー信号ｄを掛けて、各相の相電圧Ｖを演算する。

（２−５）磁束鎖交数演算回路２８
磁束鎖交数演算回路２８は、相電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗと相電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗとから磁束鎖交数を演算する。

この磁束鎖交数Ψは、ファラデーの法則により（３）式により表現される。

但し、Ｖは相電圧であり、Ｉは相電流であり、Ｒは巻線抵抗を示している。

（３）式から、巻線抵抗Ｒが既知であり、相電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗと相電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗがわかれば、磁束鎖交数Ψを計算できる。

（２−６）ファジー推論回路３０
図２は相電流に対する磁束鎖交数の分布を、回転子の位置の角度毎（角度が５°毎）のステップで表した磁化特性グラフである。

この磁化特性が線型特性であれば、相電流と磁束鎖交数の情報から演算により回転子の位置を簡単に求めることができるが、図２に示すように磁化特性は非線型特性であるため、そのモデリングが極めて困難となる。

そこで、ファジー推論回路３０は、磁束鎖交数Ψと相電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗと、選択相信号に基づいて回転子１４の位置をファジー推論する。

（３）ファジー推論を用いた位置推論アルゴリズム
次に、マイコンよりなるファジー推論回路３０におけるファジー推論を用いて、回転中の回転子１４の位置を推論するアルゴリズムについて説明する。

予め供試されたＳＲモータ１０について、一相（例えば、Ｕ相）について相電流（例えば、Ｉ_Ｕ）と回転子１４の位置の関係を図２に示す磁化特性グラフから測定しておく。なお、他の二相（例えば、Ｖ相、Ｗ相）についても同様であるので、説明は省略する。

図２に示される磁化特性グラフに基づいて、図３（ａ）に示す相電流ファジー集合、図３（ｂ）に示す磁束鎖交数ファジー集合、図３（ｃ）に示す回転子の位置θについて決定する。

計算の簡略化のため、相電流ファジー集合と磁束鎖交数ファジー集合の各メンバーシップ関数は線型としている。また、相電流ファジー集合についてはＩ０〜Ｉ１５までを１（Ａ）のステップおきに構成している。磁束鎖交数ファジー集合は磁束鎖交数Ψ０〜Ψ１５までを０．０１（ｗｂ）のステップおきに構成している。なお、これは、ファジー推論回路３０を構成するマイコンの処理能力及びメモリ容量に応じて細かく設定してもよい。

回転子の位置θについてのファジー集合は、図２の磁化特性グラフから値を読み取り、図３（ｃ）に示すファジールールを生成している。

そして、検出された相電流ファジー集合から相電流に関するグレードを決定し、演算された磁束鎖交数に基づいて磁束鎖交数ファジー集合から磁束鎖交数のグレードを決定し、図３（ｃ）のファジールールに従って回転子１４の位置θを推定する。

例えば、検出された相電流が２．８（Ａ）、この時の磁束鎖交数が０．０３４（ｗｂ）と求まった場合について考える。

相電流については、図３（ａ）に示すように、相電流ファジー集合からメンバーシップ関数の対応をとるとＩ２＝０．２、Ｉ３＝０．８の適合度が求まる。

磁束鎖交数については、図３（ｂ）に示すように、磁束鎖交数ファジー集合のメンバーシップ関数からΨ３＝０．６、Ψ４＝０．４の適合度が求まる。

次に、これら求まったグレードを組み合わせてＭｉｎ−Ｍａｘ法を適用すると、Ｉ２・Ψ３の組み合わせについては、Ｉ２＜Ψ３であるからＩ２・Ψ３＝Ｍｉｎ（Ｉ２，Ψ３）＝Ｉ２＝０．２となる。

同様に、計算するとＩ２・Ψ４＝０．２となり、Ｉ３・Ψ３＝０．６となり、Ｉ３・Ψ４＝０．４となる。

これの値が、図３（ｃ）に示すファジールールに対するグレードとなり、これら推論結果から重心を求めると、（４）式のようになる。

すなわち、回転子１４の位置θは６５．３°と推定される。

これは、図２の磁化特性グラフと比較しても、相電流と磁束鎖交数の情報のみからファジー推論によって回転子１４の位置θが良好に推定されていることが分かる。

図３（ｃ）の網かけ部は磁化特性上あり得ない領域であり、位置推定には必要ないが、最小値４５°または最大値９０°で埋めている。

なお、この回転子１４の位置θは、Ｕ相における角度である。すなわち、回転子１４の位置情報としては、選択相（例えば、Ｕ相）とこのθの情報とで一つの内容を表している。しかしながら、これを回転子１４の機械的な回転角度０°〜３６０°に変換してもよく、また、電気角に変換してもよい。

以上のように、回転子の回転中においてはファジー推論を行うため、ファジー推論回路３０は、図３（ａ）に示す相電流ファジー集合に関する情報と、図３（ｂ）に示す磁束鎖交数ファジー集合に関する情報と、図３（ｃ）に示すファジールールを記憶し、これら情報と、磁束鎖交数演算回路２８から入力した磁束鎖交数Ψと、有効励磁相選択回路２４から入力した選択相を示す信号と相電流値に基づいて、回転中の回転子の位置θを推論する。

上記のように、回転子１４の回転中のファジー推論した回転子１４の位置情報（選択相と回転位置θ）の情報を通電信号出力回路２０と、有効励磁相選択回路２４にファジー推論回路３０は出力する。

（４）ＳＲモータ１０の始動時の制御方法
上記構成の駆動装置１２を用いて、ＳＲモータ１０の始動時の制御方法について説明する。なお、始動時においては回転子１４は停止しているものとする。

上記で説明した一相のみの回転子の位置θからだけでは回転子１４の位置が０°〜４５°の範囲か、４５°〜９０°の範囲かの判断ができないため、二相または三相についてそれぞれ回転子１４の位置を推論して合成することにより回転子１４の絶対的な位置が推測できる。

ここでは、三相よりも二相の方が高速に処理を行うことができるため、二相のみの合成による回転子１４の絶対位置の推定方法を説明する。

まず、ファジー推論回路３０は、通電信号出力回路２０に対し、インバータ回路１８から２つの相の固定子巻線１６へ試験的相電流を流すように制御する。例えば、Ｕ相の固定子巻線１６Ｕへ試験的相電流Ｉ_Ｕを出力し、続いて、Ｖ相の固定子巻線１６Ｖへ試験的相電流Ｉ_Ｖを出力する。この場合に回転子１４は停止しているため、この試験的相電流はコンマ単位で瞬間的に流す。

Ｕ相の試験的相電流Ｉ_Ｕを流すことにより回転子１４のＵ相における位置θ_Ｕを上記と同様の方法でファジー推論する。

続いてＶ相の試験的相電流Ｉ_Ｖを流すことにより回転子１４のＶ相における位置θ_Ｖを推論する。

回転子１４の回転子突極が４極のＳＲモータ１０では、０°〜４５°の推定区間と９０°〜１３５°の推定区間は等価であるため、４５°〜１３５°の範囲で推論を行えばよく、図４に示すように、横軸に回転子の位置角θ、縦軸にＵ，Ｖ，Ｗ相の位置推定結果を示す分布が示されている。

ここで、上記したように推定する相をＵ相とＶ相の二相とし、θ_Ｕとθ_Ｖの差をとると図５のようになる。

さらに、最大値を合わせるため最小公倍数が最大値となるように（θ_Ｕ−θ_Ｖ）を３倍、（θ_Ｕ−４５°）を４倍すると図６のようになる。

これらの大小関係を比較することで４５°〜９０°の区間か、９０°〜１３５°の区間かが判断できるので、（θ_Ｕ−４５°）の４倍値が（θ_Ｕ−θ_Ｖ）の３倍値より大きい領域では推定演算結果から４５°を減算することで０°〜９０°までの絶対位置推定が可能となる。

これにより、始動時において回転子１４が停止していても、その絶対的位置を推定することができる。

（５）本実施形態の効果
以上により、本実施形態のＳＲモータ１０の駆動装置１０であると、回転子１４が回転中であっても、また、始動時で停止中であっても、位置検出センサを用いることなくファジー推論により回転子１４の位置を検出することができるため、ＳＲモータ１０のセンサレス駆動が可能となる。

（６）ＳＲモータ１０の適用例
上記のようなセンサレスのＳＲモータ１０の適用例としては、例えば電動工具の駆動源等に好適である。

本発明のＳＲモータの駆動装置は、掃除機などの家庭用電気機器や電動工具に好適である。

本実施形態のＳＲモータの駆動装置のブロック図である。 実験的に示されるＳＲモータ１０の磁化特性のグラフである。 （ａ）は相電流ファジー集合であり、（ｂ）は磁束鎖交数ファジー集合であり、（ｃ）はファジールールを示すものである。 回転子位置角と推定値の関係を示すグラフである。 回転子の位置角と演算結果を示すグラフである。 同じく回転子の位置角と演算結果を示すグラフである。 ＳＲモータの基本構造と動作原理を示す説明図である。 回転子の角度の定義を示す図であって、（ａ）は固定子突極完全非対向時であり、（ｂ）固定子突極完全対向時の説明図である。 駆動装置のインバータ回路の回路図である。

符号の説明

１０ ＳＲモータ
１２ 固定子
１４ 回転子
１６ 固定子巻線
１８ インバータ回路
２０ 通電信号出力回路
２２ 直流電源
２４ 有効励磁相選択回路
２６ 相電圧演算回路
２８ 磁束鎖交数演算回路
３０ ファジー推論回路

Claims (5)

1. 直流電流を三相の各相電流に変換して三相の各固定子巻線にそれぞれ供給するインバータ回路と、
   回転子の位置信号に基づいてＰＷＭ信号を生成して、前記インバータ回路へそのＰＷＭ信号を出力する通電信号出力回路とを有するＳＲモータの駆動装置において、
   前記インバータ回路から出力される各相の相電流値を検出し、かつ、前記回転子の位置信号に基づいて有効励磁相を選択して、前記選択した相の相電流値と前記選択した有効励磁相を表す選択相信号を出力する有効励磁相選択手段と、
   前記通電信号出力回路から出力されるＰＷＭ信号のデューティーを表すデューティー信号に基づいて相電圧値を演算する相電圧演算手段と、
   前記相電圧演算手段からの相電圧値と、前記有効励磁相選択手段からの選択相信号と相電流値に基づいて磁束鎖交数を演算する磁束鎖交数演算手段と、
   前記有効励磁相選択手段からの選択相信号、相電流値と、磁束鎖交数演算手段からの磁束鎖交数に基づいて、前記回転子の回転位置をファジー推論して、その推論した前記回転子の位置信号を前記通電信号出力回路と前記有効励磁相選択手段へ出力するファジー推論手段と、
   を有する
   ことを特徴とするＳＲモータの駆動装置。
2. 前記ファジー推論手段は、
   相電流のメンバーシップ関数から構成されるファジー集合に関する相電流ファジー集合情報と、磁束鎖交数のメンバーシップ関数から構成されるファジー集合に関する磁束鎖交数ファジー集合情報と、相電流と磁束鎖交数から前記回転子の位置を推定するファジールールに関するファジールール情報を記憶する記憶手段を有し、
   前記入力した相電流値と前記記憶手段に記憶している相電流ファジー集合情報とから相電流に関するグレードを求め、
   前記入力した磁束鎖交数と前記記憶手段に記憶している磁束鎖交数ファジー集合情報とから磁束鎖交数に関するグレードを求め、
   これら求めた相電流に関するグレードと磁束鎖交数に関するグレードとファジールール情報とから、前記選択相信号で表されている有効励磁相における前記回転子の回転位置をファジー推論する
   ことを特徴とする請求項１記載のＳＲモータの駆動装置。
3. 前記回転子が始動位置で停止しているＳＲモータの始動時において、
   前記ファジー推論手段は、
   三相の中の第１の相の固定子巻線へ前記インバータ回路から試験的相電流を流し、前記第１の相に関する前記位置信号をファジー推論し、
   続いて三相の中の第１の相とは異なる第２の相の固定子巻線へ前記インバータ回路から試験的相電流を流し、前記第２の相に関する前記位置信号をファジー推論し、
   前記第１の相における位置信号と、前記第２の相における位置信号に基づいて前記回転子の始動位置を推定する
   ことを特徴とする請求項１記載のＳＲモータの駆動装置。
4. 直流電流を三相の各相電流に変換して三相の各固定子巻線にそれぞれ供給するインバータ回路と、
   回転子の位置信号に基づいてＰＷＭ信号を生成して、前記インバータ回路へそのＰＷＭ信号を出力する通電信号出力回路とを有するＳＲモータの駆動方法において、
   前記インバータ回路から出力される各相の相電流値を検出し、かつ、前記回転子の位置信号に基づいて有効励磁相を選択して、前記選択した相の相電流値と前記選択した有効励磁相を表す選択相信号を出力する有効励磁相選択ステップと、
   前記通電信号出力回路からのデューティーを表す信号であるデューティー信号に基づいて相電圧値を演算する相電圧演算ステップと、
   前記相電圧値と、前記選択相信号と前記相電流値に基づいて磁束鎖交数を演算する磁束鎖交数演算ステップと、
   前記選択相信号、前記相電流値と、前記磁束鎖交数に基づいて、前記回転子の回転位置をファジー推論して、その推論した前記回転子の位置信号を前記通電信号出力回路と前記有効励磁相選択手段へ出力するファジー推論ステップと、
   を有する
   ことを特徴とするＳＲモータの駆動方法。
5. 直流電流を三相の各相電流に変換して三相の各固定子巻線にそれぞれ供給するインバータ回路と、
   回転子の位置信号に基づいてＰＷＭ信号を生成して、前記インバータ回路へそのＰＷＭ信号を出力する通電信号出力回路とを有するＳＲモータの駆動装置における駆動方法をコンピュータによって実現するプログラムであって、
   前記インバータ回路から出力される各相の相電流値を検出し、かつ、前記回転子の位置信号に基づいて有効励磁相を選択して、前記選択した相の相電流値と前記選択した有効励磁相を表す選択相信号を出力する有効励磁相選択機能と、
   前記通電信号出力回路からのデューティーを表す信号であるデューティー信号に基づいて相電圧値を演算する相電圧演算機能と、
   前記相電圧値と、前記選択相信号と前記相電流値に基づいて磁束鎖交数を演算する磁束鎖交数演算機能と、
   前記選択相信号、前記相電流値と、前記磁束鎖交数に基づいて、前記回転子の回転位置をファジー推論して、その推論した前記回転子の位置信号を前記通電信号出力回路と前記有効励磁相選択手段へ出力するファジー推論機能と、
   を実現する
   ことを特徴とするＳＲモータの駆動方法のプログラム。
   

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